國內綠氫技術最新突破（提升對綠氫認識）

2023-05-11 03:21:25

綠氫作為能源，最早的應用，可以追溯到19世紀末的一個村莊。丹麥科學家保羅·拉·庫爾在他任教的阿斯科烏，用風機產生的電力電解水，位於風力渦輪機大樓下面的電解地下室，一共裝有10個電解槽。在有風的日子裡，每小時生產多達1000升（1m³）氫氣。

百年以後，面對「環境危機」和「能源轉型」，氫的制、儲、運、用技術成為了21世紀最受矚目的焦點。

|01 製取綠氫需要哪些資源？

電解水制氫，生產原料主要是「綠電」和「純水」。

綠電就是風、光等可再生能源生產的清潔電力，製取1kg氫氣，大約需要消耗56度電。

純水也稱為「原料水」，用來制氫需要符合國內相關的水質要求，即GB/T 37562—2019《壓力型水電解制氫系統技術條件》中的規定——電導率≤1mS/m(鹼性電解水制氫系統）。

根據反應式，理論上製取1kg氫氣需要9kg的水，但考慮到製取純水的消耗和其他消耗，實際上製取1kg氫氣需要15-18kg的水。

設備方面，主要是光伏組件和制氫設備，以及設備安裝場地。

表一：製取1kg綠氫需要的資源（僅參考）

|02 儲氫的主要方式有哪些？

氫是宇宙中最簡單、也是最輕的元素，通常情況下，我們用高壓氣態儲罐/地下空間來儲存，但它會佔據大量空間。

例如高壓氣態儲氫，常見的高壓儲氫瓶有35MPa和70MPa兩種規格，分別對應25g/L和41g/L的氫氣密度，儲氣量小。

壓縮成液氫，常溫常壓下對應的液氫密度約是70kg/m³，但技術難度較大，主要應用在航天領域。

此外，還有固態儲氫和有機液態儲氫方式，現階段很難實現大規模應用。

被市場看好的還有化合物儲氫的方式，即將氫與其他元素結合，製造出更容易儲存和運輸的化合物，例如合成氨。

表二：不同燃料能量密度數據（僅參考）

|03 我們能用綠氫來做什麼？

氫的熱值高達142MJ/kg，是煤炭、汽油等化石燃料的3-4倍，它可以通過氫內燃機和氫燃氣輪機直接燃燒提供動力和電力，還能夠通過氫燃料電池發生電化學反應實現供熱供電。

當氫作為動力採用燃料電池的方式來利用時，以燃料電池系統效率為50%，汽油機位28%，柴油機為38%，鋰電池系統效率為90%來計算：1kg氫氣用於燃料電池車輛時，相當於6.9L汽油、45L柴油或者18.6k電量的鋰電池。

最重要的是，綠氫燃燒產物只有水，不產生碳排放。

可以用綠氫取代一部分灰氫、藍氫，甚至煤油氣的使用，對鋼鐵、住宅、水泥、工業、汽車、商業、石油化工、輕卡和公交車、航運鐵路等行業降低碳排放量有重要意義。

表三：我們能用1kg綠氫做什麼？（僅參考）

|寫在最後

電力需求，具有明顯的季節性特點，在寒冷的冬天或者炎熱的夏天，電網勢必將承受比春秋季節更大的壓力。

如果將氫和電結合在一起，一方面可以平息可再生能源發電的間歇性波動，同時也可以作為能源的季節性儲備，形成一個強大的耦合能源網絡。

同時，氫的應用場景非常廣泛，它可以靈活交易，有觀點認為氫將是未來能源界的「新石油」。

在此，引用1874年的小說《神秘島》裡儒勒·凡爾納關於氫能的設想：「總有一天，水可以被電解為氫和氧，並用作燃料，而構成水的氫和氧……將會成為供暖和照明的無限能源。」

氫能，驅動未來。

作者：仲新源